Itsetuntevia materiaaleja tuleville laitesukupolville

Läpimurtotutkimus, joka eliminoi arvailun uusimpien 3D-tulostettujen materiaalien kehittämisessä, voisi auttaa nopeuttamaan uusien "itsehavainnollisten" lentokoneiden, robottien, siltojen ja muiden muotojen kehitystä.

Glasgow'n yliopiston tutkijoiden johtama insinööriryhmä on kehittänyt ensimmäisen järjestelmän, joka pystyy mallintamaan 3D-tulostettujen komposiittien monimutkaisen fysiikan ja pystyy havaitsemaan jännityksen, kuorman ja vauriot käyttämällä vain sähkövirran mittausta.

Antamalla materiaalitutkijoille mahdollisuuden ennustaa etukäteen, kuinka uusia rakenteita voidaan hienosäätää tuottamaan tiettyjä lujuus-, jäykkyys- ja itsetunto-ominaisuuksien yhdistelmiä, se voisi auttaa katalysoimaan teknologian vallankumouksellisten uusien sovellusten kehitystä.

3D-tulostus, joka tunnetaan myös nimellä additiivinen valmistus, mahdollistaa monimutkaisten rakenteiden luomisen rakentamalla niitä kerros kerrokselta materiaaleista, kuten muovista, metallista tai keramiikasta.

Teknologian kehittyessä tutkijat ovat pystyneet luomaan yhä monimutkaisempia materiaaleja, joilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia. Esimerkiksi hunajakennomaisten kammioiden ristikon tuominen rakenteen sisätiloihin voi mahdollistaa materiaalien tasapainon painon ja rakenteen lujuuden kanssa.

Hienoja hiilinanoputkien kudonta materiaaleihin voi antaa niiden kuljettaa sähkövirtaa, jolloin ne voivat valvoa omaa rakenteellista eheyttä pietsoresistiivisyyden kautta. Kun virran lukema muuttuu, se voi osoittaa, että materiaali on murskaantunut tai venynyt, jolloin voidaan ryhtyä toimiin vian korjaamiseksi.

Professori Shanmugam Kumar kertoo: "Pietsoresistiivisen käyttäytymisen antaminen 3D-painetuille solumateriaaleille antaa niille mahdollisuuden seurata omaa suorituskykyään ilman lisälaitteita. Tämä tarkoittaa, että voimme täyttää halpoja, suhteellisen helposti valmistavia materiaaleja erinomaisella kyvyllä havaita, milloin ne ovat vahingoittuneet, ja mitata, kuinka vaurioituneet ne ovat. Tämän tyyppisillä hilamateriaaleilla, joita kutsumme itsenäisesti tunnistaviksi arkkitehtuurimateriaaleiksi, on merkittävää hyödyntämätöntä potentiaalia kehittyneiden sovellusten luomiseen eri aloilla."

Tutkimusjulkaisussa tutkijat kuvaavat, kuinka he kehittivät järjestelmäänsä tiukan laboratoriokokeilun ja mallinnuksen avulla.

Työn tuloksena havaittiin, että mallit pystyivät ennustamaan tarkasti, kuinka materiaalit reagoivat erilaisiin jännitys- ja rasitusyhdistelmiin ja kuikan se vaikuttaisi niiden resistanssin. Tulokset voivat auttaa tukemaan lisäainevalmistuksen tulevaa kehitystä antamalla näkemyksiä siitä, kuinka ehdotetut uudet materiaalit toimivat ennen kuin ensimmäinen todellinen prototyyppi tulostetaan.

Aiheesta aiemmin:

Itsetietoisia ja omavoimaisia materiaaleja

3D-tulostuksella aivan uudenlaisia materiaaleja

Neljäs ulottuvuus 3D-tulostukseen